烷基磺酸蒽醌电解质的合成及其在液流电池中的应用

分别以1,2-二羟基蒽醌、2,6-二羟基蒽醌和1,4-二羟基蒽为原料与丙烷磺内酯反应,合成了3种烷基磺酸基蒽醌[1-羟基-2-氧丙烷磺酸基蒽醌(1,2-AQPSH2)、2,6-二氧丙烷磺酸基蒽醌(2,6-AQDPSH2)和1-羟基-2-氧丙烷磺酸基蒽醌(1,4-AQPSH2)].研究了3种烷基磺酸基蒽醌在1 mol/L NaCl水溶液中的溶解性及其在中性条件下的氧化还原性质.选取溶解性最好的烷基磺酸基蒽醌(1,4-AQPSH2)作为阳极电解质,与2,2,6,6-四甲基哌啶醇(4-OH-TEMPO)阴极电解液搭配使用,以Nafion212作为离子交换膜,组装了中性水系有机氧化还原液流电池单电池,该液流电池的开路电压约为1.0 V,在60 mA/cm2电流密度下进行循环性能测试,电池的能量密度为68％,库仑效率为97％,电压效率为69％,经过75个充放电循环测试后电池的放电容量没有明显的降低,表明1,4-AQPSH2在该体系下运行具有良好的稳定性.这些结果表明1,4-AQPSH2作为中性水系有机氧化还原液流电池阳极电解液具有很好的应用前景.     

聚苯并咪唑/改性聚环氧氯丙烷阴离子交换膜的性能

通过缩聚法制备了含氟聚苯并咪唑(FPBI),以1–甲基咪唑和聚环氧氯丙烷为原料,制备了咪唑盐修饰的聚环氧氯丙烷(Im PECH),并通过溶液浇铸法制备了FPBI/Im PECH复合膜。系统地研究了复合膜中Im PECH含量的不同对复合膜的力学性能、热稳定性、离子电导率、离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀度等性能的影响。研究结果表明,随着Im PECH含量的增加,复合膜的吸水率、溶胀度、IEC、离子电导率逐渐增加,依然能够保持良好的力学性能和热稳定性。FPBI/Im PECH复合膜在80℃下最高电导率达到55.74 m S/cm,并展示了优异的耐碱性,该复合阴离子交换膜有望在碱性阴离子交换膜燃料电池中得到应用。     

基于含氟聚苯并咪唑/磺化壳聚糖复合质子交换膜的制备与表征

通过磺化反应在壳聚糖(CS)上引入磺酸基团制得具备良好质子传导能力的磺化壳聚糖(SPCS)。以含氟聚苯并咪唑(FPBI)为基体材料,通过掺杂磺化壳聚糖制备得到FPBI-SPCS复合质子交换膜。研究了SPCS的质量分数对复合膜的机械性能、热稳定性、吸水率、溶胀度、质子电导率等性能影响。结果表明,复合膜的质子电导率随着SPCS质量分数的增加而增加,但是吸水率、溶胀度却随着SPCS质量分数的增加而下降,复合膜依然能够保持良好的机械性能和热稳定性。FPBI-SPCS复合膜在80℃下最高电导率达18.52 m S/cm,有望在质子交换膜燃料电池中得到应用。     

基于聚苯醚的哌啶盐型阴离子交换膜的制备与表征

以聚苯醚(PPE)和N-溴代丁二酰亚胺为原料,合成了不同溴化度的溴化PPE(Br-PPE),并进一步用哌啶盐(1–甲基哌啶)对Br-PPE进行功能化修饰,采用溶液浇铸法制备了基于哌啶盐的阴离子交换膜(Pip-PPE膜)。详细研究了Pip-PPE膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀度、热稳定性、力学性能、电导率及耐碱性。结果表明,随着溴化程度的增加,Pip-PPE膜的IEC、吸水率、溶胀度、电导率和断裂伸长率都增大,而拉伸强度和拉伸弹性模量都减小,在80℃时,Pip-PPE-20膜和Pip-PPE-40膜的电导率分别为66.11 m S/cm和78.26 m S/cm。Pip-PPE膜具有良好的热稳定性。在室温下,Pip-PPE-20膜和Pip-PPE-40膜在2 mol/L的KOH溶液中连续浸泡15 d后,表现出优良的耐碱性,其电导率保持率都在97%以上。     

聚苯并咪唑/两性离子修饰氧化石墨烯复合质子交换膜的制备与表征

合成了两性离子修饰的氧化石墨烯（ZC-GO）,以聚苯并咪唑（PBI）为基体,ZC-GO为质子载体制备了PBI/ZC-GO复合质子交换膜,由于对氧化石墨烯（GO）表面进行了修饰,使得改性石墨烯形成了疏水-亲水结构.测试了复合膜的FT-IR、SEM、吸水率、离子交换容量和质子电导率等性能.结果表明：该质子交换膜具有良好的热稳定性和较高的电导率,在100％相对湿度,80℃时,复合膜（ZC-GO含量为10％）的电导率达到2.2×10-2 S/cm.与纯的PBI膜相比,PBI/ZC-GO复合膜的吸水能力显著提高;其甲醇渗透率为（3.16～7.23）×10-7 cm2/s,虽然与纯PBI膜相比稍有增加,但仍大大低于Nafion膜的甲醇渗透率,有望应用于直接甲醇燃料电池中.     

燃料电池用纳米改性聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备

以环氧氯丙烷和1–甲基咪唑为原料制备新型离子液体(IL),以IL为原料对氧化石墨烯(GO)进行表面修饰制备离子液体功能化氧化石墨烯(IL–GO),以IL–GO为添加剂制备基于含氟聚苯并咪唑(FPBI)复合膜。研究了IL–GO的含量对复合膜的热稳定性、力学强度、离子电导率、离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀度和耐碱性等性能的影响。研究结果表明,复合膜的IEC、离子电导率和拉伸性能都随着IL–GO含量的增加而增大,当IL–GO含量为30%时其拉伸应力和拉伸弹性模量分别达到77.5 MPa和1.95 GPa,在80℃下,其最大离子电导率可达72.3 m S/cm,然而复合膜的热稳定性并没随着IL–GO含量的增加而改变。FPBI/IL–GO复合膜具有良好的稳定性,该系列阴离子交换膜有望在碱性阴离子交换膜燃料电池中得到应用。